脑机启侦 | 移动脑电技术在游泳中是否可行？（9.5）

新闻来源:MDPI

研究介绍

在过去的几十年里，对人脑的研究主要是在高度控制和固定的实验室环境中进行的。基于这项工作，人们已经获得了关于大脑解剖和功能组织的基本知识。然而，这些人为的环境并不能反映日常生活中的情形，在日常生活中，人类会移动并与周围环境互动。神经认知研究已经认识到，运动动作有助于认知过程，而认知过程又包含在运动系统中。运动系统和认知系统的这种相互作用通常被称为运动认知。实验装置的技术进步使得运动中的认知科学成为可能，称为移动大脑/身体成像。

移动式脑电图
移动式脑电图研究在参与者和设备移动性以及系统规格方面仍然存在很大差异。例如，一个脑电图系统，其中所有必需的设备都是无线的、头戴式的或由参与者携带的，并且可以自由移动，被称为移动式脑电图。
同样的模式也可以用于脑电图系统，其中参与者在跑步机上行走，而脑电图帽通过电缆连接到固定放大器。虽然该系统在系统规格方面具有可用通道数或采样率等优势，但参与者和设备的移动性受到限制。

为了实现更高的移动性，同时保持当前最先进系统的时间和空间分辨率、信号质量和记录持续时间的水平，有必要探索在更自然的环境中使用移动 EEG 系统及其可行性。

EEG预处理流程概览

研究方法

该科研团队精心策划了一项听觉异常刺激实验，招募了11位受试者，要求他们在静坐与游泳两种状态下分别执行特定任务，并全程利用移动脑电图装置捕捉其大脑活动数据。

实验中，科研人员聚焦于事件相关电位（ERPs）及时频域特征的变化分析，以量化认知与运动交互作用（CMI）的效应。

为了保护 EEG 系统免受水的侵蚀，将硅胶泳帽套在 EEG 帽和放大器上，这样两个装置都被泳帽覆盖，在泳帽上方，受试者戴着游泳镜和前置通气管，这样她无需转头即可呼吸。泳帽下方是脑电图帽，放大器位于其后部。此外，受试者还戴着防水入耳式耳机，该耳机通过细长的音频线连接到存储在浮标中的智能手机。

游泳期间的设备设置

研究结论

结果显示，所有实验条件下均成功捕获到N100信号，证实了实验设计的合理性与有效性；然而，P300信号在游泳与静坐间的表现则显现出差异性。

实验组块中标准 (Sta) 和目标 (Tar) 刺激后 P300 平均振幅总结

值得注意的是，游泳过程中的转弯动作前后，受试者大脑中的α/μ与β频段活动发生了显著波动，这些变化或可视为与运动准备、执行及协调机制紧密相关的标志。

这项先导研究不仅扩展了 CMI 的文献，还表明在水这样恶劣的环境中测量脑电图是可行的。到目前为止，关于游泳的研究要么局限于静止潜水、干燥条件、人类心电图或其他行为记录，要么局限于动物记录。

未来的研究将使用更成熟的设备测量游泳时的移动脑电图，从而对游泳运动进行更彻底的诊断，补充现有方法，例如录像等一般程序，或使用更先进的技术来测量肌肉疲劳，如肌张力图。

越来越多的研究表明游泳对认知和大脑健康有益，用人类大脑记录的数据来补充在行为层面和动物大脑上报告的效果将会很有趣，对研究人员来说，实验技术和实验方法仍有待提高，在未来，更加深入的体育和健康科学领域的移动脑电图研究将会得以实现。

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